Rīgas Tehniskās universitātes (RTU) Dabaszinātņu un tehnoloģiju fakultātes Ūdens sistēmu un tehnoloģiju institūta pētnieku izveidotā tehnoloģija dod iespēju bez ķīmiskajiem līdzekļiem daudz īsākā laika periodā sašķelt biomasu un citus substrātus, iegūt cukuru, kas attīrīts tālāk ir izmantojams dažādu tirgū pieprasītu produktu ražošanai.
Foto: Uldis Graudiņš / Latvijas Mediji
Pārstrādāt, nevis pūdēt un piesārņot
Dažādi lauksaimniecības un zaļie atkritumi var būt diezgan liels izaicinājums gan to radīto SEG emisiju, gan arī piesārņojuma dēļ. Pētnieki sākuši ar dabīgo pļavu zāli. Pēc pļaušanas tā ir jānovāc. Kur to likt? Ne visas pļavas var noganīt un ne visu zāli izmanto. Pārstrādājamā biomasa līdz rudenim daudz izaug arī pilsētās – tās ir lapas un citi zaļie atkritumi. Mežizstrādes pārpalikumi, tostarp zari, koku galotnes, arī ir biomasa. Zinātniskā valodā runājot – biomasa ir viss, kas satur celulozi, lignocelulozi, kuras galvenā sastāvdaļa ir cukuri.
RTU Dabaszinātņu un tehnoloģiju fakultātes Ūdens sistēmu un tehnoloģiju institūta pētnieku pirms vairākiem gadiem īstenotajā ES projektā "Videi draudzīga bezatlikuma tehnoloģija šķidrās biodegvielas un biogāzes ražošanai no biomasas" izveidota tehnoloģija, kas ļauj efektīvi ar dabiskajiem līdzekļiem – no sēnēm izdalītajiem enzīmiem – daudz ātrāk apstrādāt zāles un lauksaimniecības atkritumu biomasu un ražot uz atdalīto cukuru bāzes pieprasītus produktus un arī biogāzi.
Kā norāda institūtā,
projekta dziļākā doma – izmantot nevajadzīgo biomasas daļu. Nevis vienkārši atstāt to uz zemes, kaudzē, bet aizvākt no tās izmantojamo daļu.
Institūtā uzsver – īstenotais projekts, kura laikā patentēta arī membrānu tehnoloģija, sasaucas ar Eiropas Savienības Atjaunojamās enerģijas direktīvu.
Proti, enerģijas ražošanai ir jāizmanto alternatīvie substrāti, nevis lauksaimniecības kultūraugi. Piemēram, kukurūza ir ļoti laba biogāzes ražošanā izmantojamā izejviela. Lauku atbalsta dienests ziņo, ka pērn piecu lielāko saimniecību biogāzes ražošanai audzētās kukurūzas platības pavisam pārsniedza 527 hektārus zemes. Visvairāk – 239 hektāru platībā – kukurūzu biogāzes ražošanai audzēja Lielplatones pagasta Jāņa Vintera zemnieku saimniecībā "Līgo".
RTU pētnieki savu enerģiju galvenokārt koncentrēja uz cukuriem jeb ogļhidrātiem. No sēnēm iegūtie enzīmi sašķeļ biomasu, zaļos atkritumus. Nākamajā posmā savāc cukuru, lignocelulozi. Celuloze galvenokārt sastāv no glikozes molekulām. Cukuru var izmantot kā barību baktērijām un tālāk ražot citus produktus. Var arī ražot biogāzi no vieglāk šķeļama substrāta.
Projekta laikā arī izpētīts, kuras sēnes visvairāk ražo enzīmus, turklāt šie enzīmi ir jāsavāc.
Cukura ieguves process
"Pievienojot biomasai pareizos sēņu enzīmus, saliekot pareizajās kombinācijās, mēs paātrinām biomasas sadalīšanās procesu. Nav vajadzīgi mēneši, sadalīšanās, sašķelšana un cukura ieguve diezgan veiksmīgi notiek nedēļas laikā. Precizēšu, ka
iegūstam dažādu cukuru maisījumu šķīdumu, nevis parasto galda cukuru. Dažādo cukuru šķīdums nav tīra glikoze.
Tur būs divas glikozes molekulas kopā – disaharīdi, arī kaut kas no fruktozes, ksilozes, no citiem ogļhidrātiem. Esam mēģinājuši arī tos atdalīt, bet atdalīšana patlaban ir nepārliecinoša," skaidro RTU Dabaszinātņu fakultātes Ūdens sistēmu un biotehnoloģiju institūta direktore, Dr. sc. ing. Linda Mežul
Kā veiksmīgi dabūt no biomasas cukuru, ko tālāk varētu izmantot fermentācijas procesos? Mežule teic, ka pētnieki sākotnēji vairāk darbojās pie etanola ražošanas. "Attīstoties ikdienas vajadzībām un prasībām, cena un izdevīgums nav tik liels. Tad vērtē citus, vērtīgākus, produktus. Šo cukuru šķīdumu var mēģināt pielāgot visur, kur fermentācijai ir vajadzīga glikoze. Tā var būt citronskābes, bioplastmasas ražošana vai dažādi citi šie mikrobioloģiskie produkti," turpina asociētā profesore L. Mežule.
Viņa uzsver, ka viens no projekta svarīgākajiem ieguvumiem ir atklātās atsevišķās sēņu kultūras, kas spēj ražot ļoti daudz un efektīvus enzīmus. Tos var izmantot hidrolīzes procesiem. RTU pētnieki ir pierādījuši, ka ar viņu izveidoto enzīmu tehnoloģiju var pārstrādāt dažādus substrātus, atkritumu produktus, ne tikai biomasu. Tātad tos var sadalīt ar bioloģisko metodi, nevis izmantot ķīmiju. Dziļākā doma – izmantot nevajadzīgo biomasas daļu.
Vislielākais izaicinājums – enzīmu ieguve
L. Mežule uzsver, ka aplūkotajā projektā vissvarīgākais – kā ar sēņu palīdzību var nonākt pie enzīmiem. Tātad sēņu izmantošana bija svarīgs projekta īstenošanas nosacījums. Mūsdienās diezgan daudz cilvēku sēnes audzē mājās. Vērojama arī tendence no sēņu micēlija gatavot dažādus produktus.
Dabā lignocelulozi sadala vien mežā. Ūdens sistēmu un tehnoloģiju institūtā šīs sēnes audzē laboratorijā. Sēnes labvēlīgā vidē izdala enzīmus. Tos savāc un izmanto biomasas šķelšanai.
Enzīmus var pirkt no citu valstu pārdevējiem. L. Mežule teic, ka tās ir papildu izmaksas, turklāt pircējs kļūst atkarīgs no konkrētiem produktiem. "Šā iemesla dēļ mēs galvenokārt izmantojām pašu mežos vāktās sēnes. Atlasījām, vērtējām, cik aktīvi tās izdala enzīmus. Vislabākais piemērs enzīmu iegūšanai ir piepes. Tās ir dažādu veidu, tostarp dažas ļoti efektīvi sadala koksni. Būtībā arī zaļā daļa tur ir iekšā, dažādi citi substrāti. Vislielākā problēma ir, ka materiāls ir neviendabīgs, kad tajā ir gan grūtāk, gan arī vieglāk šķeļamas frakcijas. Vislabākā ir pavasara pirmā zālīte. Neviens gan to daudz nevāks! Kad nāk skuju koku paliekas, ir sveķi klāt, tas nav labi. Tāpat arī dažādi piemaisījumi," atklāj L. Mežule.
Vairākas sēņu kultūras pirktas no kolekcijām citās valstīs. "Ja bija zināms, ka sēnes veido enzīmus, pirkām piecus celmus un vērtējām, kuri ir vispiemērotākie.
Protams, zinām, ka ir jāmeklē tās sēnes, kas degradē koksni. Sēnes, kas veidoja vajadzīgos enzīmus, precīzas sugas noteikšanai sūtījām uz citām valstīm veikt ģenētiskās analīzes. Sēņu kolekcijas neuzturam. Enzīmu ieguves procesā secinājām – svaiga mežā ievākta sēne ir daudz efektīvāka, ražo labāk, nekā nogurušās laboratorijas kultūras. Šķiet, viena suga, tomēr ir dažādi paveidi un ļoti atšķirīgi veido enzīmus.
Arī tie ir atšķirīgi pēc biomasas šķelšanas spējām. Mūsu vissvarīgākais produkts bija enzīmi no dažādām dabā sastopamajām sēnēm. Vajag tās piespiest ražot enzīmus! Nav tā, ka paņemsim sēni, piepi un enzīms tecēs ārā. Mums laboratorijas apstākļos bija un ir jārada nosacījumi, lai sēne gribētu to ražot," tā L. Mežule.
Viņa teic, ka vispirms sēnei ar substrātu un barības vielām nodrošina tās augšanai labvēlīgu vidi. Tad pamazām sāk dot enzīmu ražošanai vajadzīgās barības vielas.
